机械工程材料课程教学方法的技术基础
机械工程材料课程教学方法的技术基础 机械工程材料课程是高等院校机械类专业的一门专 业必修基础课程，主要教学任务是从机械工程的应用角度出 发，阐明机械工程材料的基本理论，让学生了解工程材料的 成分组成、加工工艺、组织、结构和性能之间的关系，掌握 常用机械类工程材料及其应用的基本知识等。通过本课程的 学习，学生在掌握机械工程材料的基本理论及基础知识的基 础上，掌握根据机械零件的使用条件和相关性能要求，对结 构零件进行合理选材及制订零件工艺路线的初步能力。从学 生培养目标而言，机械类专业的学生在毕业后主要从事机械 产品的设计与制造工作，而选材是整个设计、制造过程的重 要环节，在材料科学与工程日新月异的今天，材料的选择与 正确应用愈加成为提高产品质量、降低成本、节约能源和开 发新产品的重要手段[1]。因此对于机械工程材料这门专业 类基础课程无论从其与其他相关课程联系的紧密度还是从 其在实际工程应用中的情况而言，其重要性不言而喻。我院机械类专业的机械工程材料课程共计40学时，其中 课堂讲授36学时，实验4学时。该课程课堂讲授内容主要包 括材料的结构与性能、金属材料组织和性能的控制、金属材 料、高分子材料、陶瓷材料、复合材料、功能材料、机械零 件的失效与选材原则、典型工件的选材及工艺路线设计以及 工程材料的应用，实验内容主要为金相试样制备及硬度实验 和铁碳合金平衡组织观察实验。从教学内容看，我院机械类专业的机械工程材料课程内容丰富，覆盖面广，符合教育部 对高等院校此课程的教学要求，但由于受到总体教育学时计 划安排的限制，该课程学时略显不足，同时受到学校办学条 件限制以及经费欠缺所导致的相关实验仪器设备短缺的影 响，开设的实验类型较少，如不处理好这些因素的影响，势 必降低整体教学质量。根据我院的实际办学条件和现有仪器 设备，我们对该课程的教学方法和手段进行了探讨和研究， 从多方面采取相应的措施，以保证教学质量。
1采用多媒体教学，优化教学内容 随着计算机技术的发展，教育技术的手段也在不断发展 和更新，其中多媒体教学手段已经广泛应用于各类课程的教 学中。多媒体教学方式与传统教学方式相比，优势明显。在 讲解金属材料组织和性能时，如果按传统的教学方式，教师 通常是借助教材上的灰色图片照本宣读，虽然也做必要的解 释说明，但这不能引起学生足够的兴趣，学生注意力不集中， 难以保证课堂教学质量。单从课程内容而言，机械工程材料 是十分枯燥而且难以理解的一门课程，一旦课堂教学效果不 好，即使学生想课后自学，也十分困难，仅靠死记硬背的学 习方法，学习效果必定不好。如果课堂教学中采用多媒体教 学手段，通过视频、动画、彩图、声音等多种措施，使所讲 的内容直观、具体、生动、形象，就可以激发学生的学习兴趣，调动学生的主观能动性，增强其学习的积极性，并且教 师能够很容易地把所授内容讲解清楚，学生的理解和掌握也 变得相对容易，对该课程的学习自然产生兴趣，从而形成良 性循环。另外，采用多媒体教学手段，能较为有效地解决学 校教学资源不足的问题。例如：在讲解材料热处理内容时， 我院没有相关的热处理设备。考虑到此部分内容十分重要， 我们借助多媒体教学手段中的视频，把传统热处理过程讲解 得非常清楚，同时介绍了一些先进制造技术，如真空热处理 等，使教学内容更加完善。
多媒体教学方式与传统教学方式相比具有很多优点，但 其仅仅是一种教学手段，具体能否提高课堂教学质量，关键 在于教师所制作的课件的教学内容。教学内容是决定教学质 量的关键，正确把握教学内容是提高教学质量和效率的重要 前提[2]。从学生最终培养目标而言，学习该课程的目的是 让学生在从事相关机械设计制造工作时，能够根据实际情况 合理选择相关机械工程材料，因而，教会学生应用是关键。
在教学中，应根据每个专业的培养目标及课程体系确定教学 内容，以应用为核心，以实用、实际、实效为原则，删减过 时、落后的知识，引入材料科学的最新研究成果，使教学内 容处于动态优化中；
突出成分—组织—加工—性能—应用这 条主线，适当压缩与主线关系不大、理论过强而实用价值小 的内容[3]。我院本课程在各部分教学内容的具体学时分配 上是有侧重的，其中典型工件的选材及工艺路线设计以及工程材料的应用的学时较多，而且其中的教学内容都是教师多 年来从相关工厂实际生产中积累的典型案例，学生毕业参加 工作后，可以将所学的知识直接应用到工作中，如各种轴承 类材料这一案例对于进入轴承类制造公司的学生非常实用。
当然，选好教学内容，需要教师花费很多精力，我们正在不 断积累、完善和优化该项工作。
2采用虚拟技术教学，提高学生学习兴趣 虚拟技术是利用计算机可视化技术及网络技术，对产品 的设计、制造、生产和各项实验进行准确的数学建模和仿真， 在产品试制之前就能预见性地模拟出产品的全部制造、运动 仿真和部分实验性能，从而检测产品的设计正确性和工艺可 行性[4]。虚拟技术实现的前提是相关的工程软件基础。从 一些课程的教学发现，在教学中引入虚拟技术，让学生学习 和掌握一种实用的工程软件，将大大提高他们的学习兴趣， 从而提升整体教学质量。例如：采用三维CAD技术，基于UG， Solidworks或Pro/E等工程软件平台进行机械制图教学；
采 用CAM技术，基于UG等工程软件进行数控加工教学。实践证 明，让学生单独学习枯燥无味的纯理论书本知识，学生不感 兴趣，但若能指导其学习和掌握一种实用的工程软件，将显 著提高其学习兴趣和主动性。工程软件仅仅是一种解决问题 的手段，用到的理论知识源于课本，学生通过学习相关的工程软件，自然会努力补充其在使用工程软件时所欠缺的理论 知识。
目前，我院在讲授机械工程材料课程相关内容时都会通 过一个实际工程案例解释虚拟技术在工程材料中的应用，主 要是基于DEFORM平台。DEFORM是一套基于有限元的工艺仿真 系统，用于分析金属成形及其相关工业的各种成形工艺和热 处理工艺。通过在计算机上模拟整个加工过程，帮助工程师 和设计人员设计工具和产品工艺流程，减少昂贵的现场实验 成本，提高工模具设计效率，降低生产和材料成本，缩短新 产品的研发周期。如在教学中针对齿轮的热处理教学，通过 齿轮热处理的模拟分析，通过DEFORM平台直观、生动的图形 显示和相应的模拟分析结果，把所讲授的有关热处理工艺的 基本理论形象直观地表达和解释清楚，让学生易于理解和掌 握，同时也让他们产生神奇感，提高学习兴趣。通过虚拟技 术的应用，有效地解决了教学中的一些难题，缓解了学院在 教学中相关实验仪器设备短缺的矛盾，拓展了学生的思维， 有利于发挥其想象力，增强实践创新能力。由于教学计划总 学时的限制，目前我院对DEFORM软件并没有开设对应的必修 课程，以教师课后指导，学生自主学习为主，但这并不影响 学生学习的热情和教学质量，反而更有利于发挥其学习的主 观能动性。
3采用项目讨论教学，增强学生实践能力项目讨论教学法是一种以学生为主，教师为辅，教学互 动的教学方法，主要强调对学生实际工程关键能力的培养。
学习主要分为四个过程——模仿、练习、强化和创新。项目 讨论教学方式主要是注重后面三个过程，即在具体实施过程 中，学生根据教师所讲授的实际工程案例，发挥主观能动性， 针对某个具体 (下转页) (上接页) 项目进行深入的学习，理解和掌握所学知识，从而提高 发现问题、解决问题的能力，以便培养创新能力。学生还可 以根据自身情况，选择不同难度的项目，这些项目是练习类、 强化类还是创新类，由教师把握。当然也可以基于DEFORM平 台建立一些和实际工程问题类似的虚拟型项目，发挥学生的 想象力和创造力。学生所完成的项目有齿轮箱零部件的选材、 医疗康复器材零部件的选材、机床零部件的选材等，在完成 项目后，可以和其他同学讨论、辩论、补充，最后，由教师 答疑和总结，并做评价。
实践证明，学生如果能认真系统地完成一个具体项目， 其所学到的知识以及对知识掌握的牢固程度是课堂教学不 能相比的，可在学生毕业设计答辩时得到验证。通过完成一 个项目，学生能够知道设计制造所选择的材料是什么，从哪 里可以查到，其性能是怎样的，常用于哪些场合，与其类似 的材料有哪些，与类似材料相比该材料有哪些优缺点等。采用项目讨论教学法，必然会增加教师的教学负担，同时也需 要学生较好的配合，要顺利开展具有一定的难度。目前，我 院主要在“卓越计划”学生中开展教学方法改革，还处于探 索阶段，一些具体的项目、实施方法以及评价体系还有待于 进一步完善。
4结束语 多媒体教学手段、虚拟技术教学方法以及项目讨论教学 法各有特色，应在具体的教学过程中综合运用，形成互补， 更好地发挥它们的综合优势。教师应提高备课质量，激发学 生学习兴趣，引导学生发挥主观能动性、想象力和创造力， 全面提高学生的实践工程应用能力。今后，我院教师将对课 程的实验教学、实践环节以及学生评价考核体系作进一步的 研究和探索。